プレスリリース
(研究成果) キャベツの芯を生まれ変わらせ新素材に!

- 廃棄部位を利用して3Dプリント食品の表現力を拡大 -

情報公開日:2022年8月29日 (月曜日)

ポイント

農研機構は、乾燥・粉砕して粒の大きさを調整したキャベツの芯を用いることで、歯ごたえのあるペースト状食品を造形できることを見出し、3Dフードプリンタで造形可能な条件を確認しました。廃棄部位であるキャベツの芯がもつ栄養・機能性成分を摂取できるだけでなく、その硬さを新たな食感表現の手段として活用することにより、カット野菜製造時などに生じるフードロスの削減が期待できます。

概要

キャベツの芯は、キャベツ一玉の生重量の15%程度を占めますが、可食部である葉と比べて硬いために、多くの場合加工段階で切り離されて廃棄されます。日本食品標準成分表 ¹⁾2020年版(八訂)でも、キャベツの芯は廃棄部位として位置づけられています。その一方で、食物繊維に加え、ビタミンCなどの栄養やクロロゲン酸 ²⁾などの機能性成分が含まれるキャベツの芯を廃棄することは、フードロス ³⁾ともみなされています。これまで、腐りやすいキャベツ芯は、その栄養や機能性成分を保持したまま利用するため乾燥微粉末に加工されて、様々な料理に添加されてきましたが、微粉末化すると生鮮食品の食感が消失し用途が限定されることが課題となっていました。

そこで本研究では、次世代食品加工技術 ⁴⁾として注目される3Dプリント食品 ⁵⁾の製造を目指し、キャベツの芯の需要拡大に向けた新たな利用方法を開発しました。最初に、キャベツ芯から粒径1ミリメートル未満の乾燥粗粉末を調製し、吸水後の潰れやすさを調べたところ、芯の硬さを活かした新素材となることを見出しました。この粗粉末をペースト化してシリンジの先端(ノズル内径8ミリメートル)から押し出すことで、粗い表面をもつ棒状の成形物を得ることができました。さらに、キャベツ葉由来の微粉末などの軟らかい素材との混合や加水量調整により、3Dフードプリンタで採用されている内径2ミリメートルのノズルを用いても、途中で切れることなく押出成形が可能であることがわかりました。

従来の野菜の微粉末を原料とする3Dプリント食品は、いずれも柔らかいペースト状になりやすく、造形する食品の食感表現の幅が狭くなるという課題がありました。カット野菜 ⁶⁾製造時に発生するキャベツの芯やブロッコリーの茎といった硬すぎて廃棄されてきた食材の粉砕条件を制御することで、3Dプリント食品等の次世代食品に対して咀嚼(そしゃく)感などの豊かな食感を付与することが可能になると期待されます。今後、この粗粉末を用いた次世代食品加工の幅を拡げつつ、カット野菜製造企業等と連携することでこの新素材の実用化を加速する予定です。

詳細情報

開発の社会的背景

ビタミンや食物繊維などの栄養・機能性成分の供給源となる野菜、果物などの農産物の多くは流通可能期間が短く、短期間で変質・腐敗してしまうためフードロスの原因となります。変質・腐敗を抑制して長期保存する一つの方法として、乾燥・粉砕が挙げられます。保存性に加えて、乾燥・粉砕により微粉末にすることで、部位や個体間のバラツキが均質化され、砂糖や小麦粉のように、一定量を量り取って再現性良く調理加工に使えるので利便性も向上します。このような理由から、野菜などを微粉末化するための多くの取り組みがなされてきました。

その一方で、農産物にはそれぞれ固有の食感があり、それを上手く利用した調理加工を通じて私たちは農産物を美味しく摂取し、自然の恵みを実感してきました。しかしながら、微粉末化によって、その食感の多くは消失します。例えば、生のキャベツのシャキシャキした食感は微粉末化によって大きく低下します。そのため、味、香りや栄養などの価値が保持されているにもかかわらず、この食感消失により微粉末の利用範囲は制限されています。

この問題は、次世代食品加工技術として期待される3Dフードプリンタによる自動調理においても解決すべき課題と言えます。いつでも自動調理できるように保存性を高めた野菜・果物の乾燥粉末は、加水すると柔らかいペーストになってしまうため、ビタミンや食物繊維などを次世代加工食品から摂取することを想定した場合、現状の加工成形技術では、個々の野菜・果物類に特有の豊かな食感を与えることが困難となります。

研究の経緯

新たな食感表現力をもつ粉末の原料候補として、現在、廃棄部位扱いとなっているキャベツの芯に注目しました。キャベツ一玉の生重量に対して15%程度を占める芯は、玉の内部にあり衛生上の問題はありませんが、可食部となる葉と比べて硬いために、ほとんどがカット野菜などの製造段階や調理段階で切り離されて廃棄されます(図1)。日本食品標準成分表2020年版(八訂)でも、キャベツの芯は廃棄部位として位置づけられています。その一方で、キャベツの芯には、食物繊維に加えて、炭水化物、アミノ酸、ビタミンC、ビタミンU、リン、カリウム、カルシウムなどの栄養やクロロゲン酸、ケルセチングリコシド ²⁾などの機能性成分が含まれることが知られています。この硬いキャベツの芯を乾燥・粉砕したものを加水、調理した際に元の硬さが残っていれば、食感表現が可能な新素材としての付加価値が生じ、フードロス削減にも貢献すると考えました。

研究の内容・意義

【キャベツの葉及び芯の乾燥・粉砕】
キャベツの芯部および葉部を分離後に裁断し、沸騰水中でブランチング ⁷⁾した後に乾燥・粉砕し、孔径(こうけい)1ミリメートルのふるいを通過した粗粉末としてそれぞれを回収しました(図2)。
【加水した粗粉末の特徴】
芯部および葉部由来の粗粉末の構造を調べるため、粗粉末に加水した後、ガラス板で上下を挟んで、ようかんを咀嚼(そしゃく)する程度の軽めの加圧(約0.1 MPa)を行いました。その結果、葉部由来の粗粉末では潰れて約2倍の広さに拡がったのに対して、芯部由来のものでは拡大は1.5倍程度留まりました(図3)。ガラス板上部から加圧後の試料を観察すると、葉部由来の粗粉末の潰れた断片が観察されたのに対して、芯部由来の粗粉末では、多くの粒状構造物が潰れずに残っていました。そして、加圧を止めて上部のガラス板を外すと、この粒状構造物は、加圧前の粒の形に復元しました。このように、芯部由来の粗粉末は、固く潰れにくく復元性のある構造をもつことが明らかとなりました。
【キャベツ芯部由来粗粉末の成形加工試験】
芯部由来粗粉末をペースト化して、棒状の食品として成形加工する試験を行いました。その結果、3D成形するため農研機構がすでに開発済みのナタピューレ ⁸⁾を混合して粗粉末をペースト状に結着させ、これを口径8ミリメートルのシリンジから押し出すことで、粗い表面をもつ棒状の成形物を創り出すことができました(図4)。次に、3Dフードプリンタへの適用性を確認するため、市販のキャベツ葉部由来の微粉末(粒径0.3ミリメートル未満)と混合してナタピューレで結着させたペーストを調製し、口径2ミリメートルのシリンジからの押出成形試験を行いました。その結果、全粉末のうち75%を芯部由来の粗粉末とした場合に、射出物が断片化されたのに対して、50%に低減した際には、ペーストは切断されずに安定的に押し出されることがわかりました(図5左)。また、芯部由来粗粉末の添加量が増すにつれて、得られた造形物の表面が粗くなりました(図5右)。
今後、3Dフードプリンタを用いてキャベツ芯部由来の粗粉末を一層安定に造形する際には、その粒径制御を精密化するなど、さらなる検討を行う必要があると考えられます。一例として、孔径(こうけい)1.0ミリメートルのメッシュを通過した画分をさらに0.5ミリメートルのふるいで非通過画分として回収した芯部由来粗粉末(0.5 mm<粒径≦1.0 mm)は、より高度に粒径制御されており(図6)、加水時の加圧試験では1.3倍程度の低い変形率を示しました。このような素材改良を行うことにより、調理加工時の造形安定性や再現性の確保が可能となると考えられます。

今後の予定・期待

キャベツの芯やブロッコリーの茎など、可食部よりも硬いために除去される農産物の部位は、カット野菜製造現場などで大量に発生します。現在、このような副生物の多くは廃棄されたり飼料用途に供されたりして、その成分価値は十分に活かされていません。今回、これらの副生物の硬さを新素材として活かせる可能性を示したことで、これらを廃棄せずに利用するための技術開発が加速するものと期待されます。また、次世代食品加工装置である3Dフードプリンタで農産物を加工する際には、乾燥・粉砕して貯蔵しておいた農産物を使用時に加水・ペースト化して、これを押し出して造形する工程が想定されています(図7)。今回、硬い食感を与える新たな粗粉末を3Dプリント工程に活用できる可能性を示しました。咀嚼(そしゃく)感の付与などを通じて、より豊かな食感表現が可能になるものと期待できます。今後は、この粗粉末を用いた次世代食品加工の幅を拡げつつ、カット野菜製造企業等と連携することでこの新素材の実用化を加速する予定です。

用語の解説

日本食品標準成分表: 給食事業等に加えて、栄養成分表示をする事業者、個人の食事管理におけるニーズの高まりに対応するために文部科学省が公表および改訂を行う、食品に含まれる栄養成分の基礎的データ集。
https://www.mext.go.jp/a_menu/syokuhinseibun/mext_01110.html
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クロロゲン酸、ケルセチングリコシド: 植物に含まれるポリフェノールであり、クロロゲン酸では、体脂肪低減、食後血糖値の上昇緩和などの機能性が、そして、ケルセチングリコシドでは、抗酸化作用、抗炎症作用などの機能性が注目されています。[概要へ戻る] [研究の経緯へ戻る]
フードロス: 食べられるのに捨てられてしまう食品を指します。ここでは、市場に出回らない規格外等の農産物の廃棄や、廃棄部位として捨てられているキャベツの芯のような、潜在的な可食部位なども考慮した、広義のフードロスとして定義しています。[概要へ戻る]
次世代食品加工技術: 食料不足、フードロス問題、温室効果ガス発生抑制、生活習慣病予備群増加など喫緊の課題に対応し、問題解決に資するものと期待される革新的な食品製造技術。3Dフードプリント技術や関連するレーザー加熱などの先端加工、昆虫食、代替肉、培養肉等の製造技術などが注目されています。[概要へ戻る]
3Dプリント食品、3Dフードプリンタ: 設計図に基づき樹脂などの原料を積層して3次元造形(3Dプリント)するための3Dプリンタを、食品に応用したもの。3Dプリント食品は、この装置により得られる食品。現在、開発が進む多くの装置では、食品素材のペーストを台上に押し出して配置し、それを積層することで立体的な食品を造形しています。[概要へ戻る]
カット野菜: 収穫後の農産物に対して、洗浄、裁断、ブランチング、殺菌、小分け、配合などの処理を施すことで、家庭などでの料理の時間を節約したり、必要分のみを購入できたりするような付加価値を与えた加工野菜。[概要へ戻る]
ブランチング: 野菜などの生鮮食品を乾燥、冷凍などの処理に供する前に、安全性や加工性などに影響を及ぼす物質を不活性化することなどを目的として行う加熱・冷却処理を指します。[研究の内容・意義へ戻る]
ナタピューレ: ナタデココ(酢酸菌由来のセルロースゲル)を脱糖した後に、水溶性多糖(本研究では、タマリンドシードガム)の共存下で、ミキサーにより粉砕したピューレ状の懸濁物。農研機構では、この懸濁物を農産物の粉末と混合してペースト化することで、粉末の結着性が向上することを確認しました。
ナタピューレの参考資料:
https://www.naro.go.jp/publicity_report/press/laboratory/nfri/144062.html
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発表論文

TOKUYASU Ken, YAMAGISHI Kenji, ANDO Yasumasa, and SHIRAI Nobuya: Cabbage core powder as a new food material for paste preparation with "nata puree". Journal of Applied Glycoscience, doi:10.5458/jag.jag.JAG-2022_0003